橡膠食品輸送管中抗氧劑2246的檢測及其遷移研究

(北京市理化分析測試中心, 有機(jī)材料檢測技術(shù)與質(zhì)量評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京市科學(xué)技術(shù)研究院分析測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京市食品安全分析測試工程技術(shù)研究中心, 北京 100089)

1 引 言

食品接觸材料中有害物質(zhì)食品中遷移的問題是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)之一[1]。橡膠類材料因其優(yōu)良的性能，已成為一類重要的食品接觸材料，而對于橡膠產(chǎn)品中添加劑成分含量及其遷移性質(zhì)的研究相對較少。目前關(guān)于橡膠中抗氧劑的測定，研究的重點(diǎn)在于目標(biāo)物的提取。在早期ISO的標(biāo)準(zhǔn)方法中一般采用超聲波萃取法，提取時(shí)間長[2]。也有國內(nèi)外學(xué)者嘗試采用更簡單有效的方法來縮短實(shí)驗(yàn)周期，如馬海英等采用溶解沉降的方法提取合成橡膠中的抗氧劑，再用反相高效液相色譜法，同時(shí)測定了5種抗氧劑，回收率比較理想(>95%)，但是該方法僅適用于易于溶解的橡膠產(chǎn)品，如丁苯橡膠、順丁橡膠等[3]。氣相色譜法和液相色譜法是食品接觸材料中添加劑成分測定的有效方法[4-8]。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織2010年發(fā)布了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)ISO 10638-2010，用于氣相色譜-質(zhì)譜法定性鑒定橡膠中抗氧劑成分[9]。

抗氧劑含量多少和配伍比例對橡膠的彈性、色澤、壽命等起關(guān)鍵性作用[10]。抗氧劑2246(化學(xué)名稱：2,2'-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚))被認(rèn)為是無污染的通用酚類抗氧劑，廣泛應(yīng)用于天然及合成橡膠[11，12]，其分子結(jié)構(gòu)式見圖1。公開的資料顯示，其毒性LD50：大鼠經(jīng)口6500 mg/kg。當(dāng)其用于嬰幼兒餐具、兒童玩具、醫(yī)療衛(wèi)生用乳膠制品時(shí)，其安全性備受關(guān)注。國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求，其在PE、PP中最大使用量為0.10%，在PS中最大使用量為0.40%，在AS中最大使用量為0.60%，在ABS中最大使用量為2.0，特定遷移量都不得高于1.5 mg/kg。歐洲委員會(huì) Res AP(2004)4 和 Res AP(2004)5 號決議中對奶嘴中抗氧化劑 2246(4-甲基-6-叔丁基苯酚)明確規(guī)定了限量標(biāo)準(zhǔn)30μg/dm2，我國在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化制定時(shí)，將該值確定為0.15mg/kg。

針對橡膠產(chǎn)品的特殊使用條件，特定遷移試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)指導(dǎo)條款不完善，未明確規(guī)定不同檢測成分和樣品的前處理方法和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，也未明確規(guī)定對應(yīng)的儀器檢測方法和參數(shù)設(shè)置[13]。因此，檢測人員在依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)受很多不確定因素的影響，測試結(jié)果的準(zhǔn)確度難以保證。

研究橡膠制品中抗氧劑2246有害物質(zhì)的檢測技術(shù)方法，完善現(xiàn)有的檢測方法體系，對保障橡膠制品產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全都具有重要意義。

圖1 抗氧劑2246分子結(jié)構(gòu)式

2 儀器與試劑

氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀：GCMS-QP2010Ultra，日本SHIMADZU公司；球磨儀：MM400，德國Retsch公司；分析天平：XS205，瑞士METTLER TOLEDO公司；超聲波清洗機(jī)：KQ-300DVB，昆山市超聲儀器有限公司；水浴恒溫振蕩器：博訊SHA-B，常州國華；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：R210，瑞士Buchi公司；移液槍：200μL/1mL/5mL，德國eppendorf公司。

抗氧劑標(biāo)準(zhǔn)品：2, 2′-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(抗氧劑2246，cas：119-47-1，純度98%)由百靈威科技有限公司提供；丙酮、二氯甲烷、甲醇(色譜純)，由Fisher Scientific公司提供；其他試劑(分析純)，由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；實(shí)驗(yàn)用水(超純水)，由Millipore超純水系統(tǒng)制水。

標(biāo)準(zhǔn)品溶液：精確稱取標(biāo)準(zhǔn)品10.0mg，置于10mL容量瓶中，加丙酮稀釋至刻度，搖勻，得到標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1000mg/L)，避光密閉4℃儲(chǔ)存。

高純氮?dú)?99.999%)、高純氦氣(99.999%)均北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司提供。

市售產(chǎn)品：牛奶排吸軟管(LT1-001)、食品級熱水管(LC2-016)，材質(zhì)為耐油抗老化的NBR合成橡膠。樣品為斕悅流體技術(shù)(上海)有限公司提供。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 樣品提取

樣品破碎：橡膠樣品先用刀切開，再用剪刀剪成約2mm×2mm×2mm顆粒。

冷凍研磨：分別取3g 4種樣品顆粒，置于研磨罐中。密封后的研磨罐置液氮中冷卻5min，取出立即裝入球磨儀研磨1min，靜置恢復(fù)室溫后取出樣品粉末。

準(zhǔn)確稱取約1.00g樣品粉末于玻璃樣品瓶或燒瓶中，加入一定量的提取溶劑，分別進(jìn)行超聲助提和直接回流提取，參考GB/T 3516—2006橡膠溶劑抽出物的測定進(jìn)行索氏提取。

3.2 遷移實(shí)驗(yàn)

在遷移實(shí)驗(yàn)中，塑料與食品模擬物的接觸方式有兩種：單面接觸和雙面接觸(全浸泡)試驗(yàn)。由于后者設(shè)備簡單、易于操作，大部分文獻(xiàn)均采取了全浸泡的試驗(yàn)研究。本研究也采用了雙面接觸的全浸泡試驗(yàn)方式。

樣品的表面積-體積比采用1 kg食品應(yīng)使用6 dm2包裝材料，液體食品模擬物的密度按照1.0 g/cm3為單位進(jìn)行計(jì)算，100mL食品模擬物接觸的表面積為0.6 dm2，本研究中先將橡膠管膠料切割為長方形的片材，規(guī)格為：2cm×3cm×2mm(長×寬×厚)。不考慮邊緣，單面面積為0.06dm2。將樣品雙面全浸泡時(shí)每片加入食品模擬液20mL。采用100mL具塞三角瓶作為測試池，底部先加入一層玻璃珠，使樣品不會(huì)與底面貼合，再放入兩片橡膠樣品，兩層樣品間用玻璃珠隔離，最后加入40mL食品模擬液使樣品全浸入，加塞密封。置于可控制溫度的恒溫水浴中進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)。

模擬物的選擇：選擇采用蒸餾水(A)，3%(W/V)的乙酸水溶液(B)，10%(V/V)的乙醇溶液(C)，橄欖油(D)作為食品模擬物分別模擬水性食品、酸性食品、酒精類食品和脂肪類食品。

3.3 GC-MS方法

進(jìn)樣口溫度(分流/不分流)：300℃；分流比：10∶1；進(jìn)樣量：1μL。載氣：高純氦氣；柱流速1.0mL/min。

色譜柱：Ultra ALLOY-5超合金柱(30m×0.25mmID×0.25μm膜厚)，5%聯(lián)苯-95%聚二甲基硅氧烷為固定相。

柱箱溫度：初始150℃，以10℃/min的速率升到280℃，在280℃保留5 min。

質(zhì)譜接口溫度300℃；離子源溫度(EI)230℃；溶劑切除時(shí)間：2.5min。

根據(jù)抗氧劑2246標(biāo)準(zhǔn)品的全掃描質(zhì)譜圖，確定目標(biāo)物的選擇離子(m/z)：177(定量離子)、161、340(圖2)。

圖2 抗氧劑2246質(zhì)譜圖

4 結(jié)果與討論

4.1 不同提取方法分析結(jié)果比較

對于橡膠類樣品，很難將內(nèi)部的小分子抗氧劑完全提取出來，橡膠內(nèi)部的抗氧劑成分是逐漸遷移出來的。為促進(jìn)目標(biāo)物的溶解，達(dá)到盡可能完全提取的目的，本研究首先采用冷凍研磨的方式將樣品研磨為細(xì)小的顆粒，促進(jìn)目標(biāo)物的溶出。對比了索氏提取法、超聲助提法、直接回流法提取效果(圖3)。

圖3 不同提取方法測得抗氧劑2246的含量

通過對比，認(rèn)為直接回流法提取效果比較好且設(shè)備簡單易操控。在相同提取溶劑(如丙酮)條件下，超聲助提法的溶劑溫度隨著超聲時(shí)間的延長，逐漸升溫至30℃左右，索氏提取法與樣品接觸的回流溶劑溫度約35～45℃，而直接回流法溶劑提取溫度為沸點(diǎn)56℃，因此直接回流法更有利于小分子目標(biāo)物的溶出。

4.2 不同提取溶劑結(jié)果比較

根據(jù)抗氧劑2246的溶解性質(zhì)，分別選用甲醇、丙酮、二氯甲烷對樣品進(jìn)行提取操作，測定提取時(shí)間1h時(shí)目標(biāo)物含量。甲醇、丙酮、二氯甲烷3種溶劑的沸點(diǎn)分別為64.5℃、56℃、39.8℃。

實(shí)驗(yàn)證明丙酮和二氯甲烷的提取效率較好。

4.3 不同提取時(shí)間結(jié)果比較

在溶劑浸泡和溫度影響下，抗氧劑2246從聚合物內(nèi)部逐漸釋放出來，通過監(jiān)測不同時(shí)間點(diǎn)的釋放量，可獲得最佳提取時(shí)間(圖4)。

采用直接回流法，以丙酮為提取溶劑，在連續(xù)提取的過程中，分別測定0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、4h、5h時(shí)目標(biāo)物含量。

圖4 不同提取時(shí)間測得抗氧劑2246的含量

抗氧劑2246的溶出速度緩慢，所測試橡膠樣品中抗氧劑2246完全溶出時(shí)間為2～3h之間。

4.4 方法的檢出限和準(zhǔn)確度

根據(jù)目標(biāo)成分在譜圖上的響應(yīng)值大小，采用逐級稀釋的方式配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，并依次上機(jī)檢測。目標(biāo)成分定量離子的信噪比達(dá)到要求(s/n大于3)時(shí)，即為最小檢出濃度，計(jì)算檢出限為2 mg/kg。

通過加標(biāo)回收率指標(biāo)來考察方法準(zhǔn)確度。在樣品粉末中分別添加標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000mg/L)，按直接回流法進(jìn)行前處理，每個(gè)添加濃度按照確定的分析方法做3次平行測定，并分別計(jì)算回收率。

0.1g/kg、0.5g/kg、1.0g/kg 3個(gè)添加水平的回收率在90%～105%之間，方法準(zhǔn)確度好，結(jié)果見表1。

表1 樣品加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在樣品粉末中分別添加標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000mg/L)，制備6個(gè)平行樣品，按直接回流法進(jìn)行前處理，考察測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。在0.1g/kg、1.0g/kg兩個(gè)含量水平的平行測試結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.1%和3.9%(小于5%)，方法精密度良好。

4.5 橡膠食品輸送管中抗氧劑2246的遷移

遷移實(shí)驗(yàn)條件需要參考產(chǎn)品的實(shí)際使用環(huán)境來確定，一般色括模擬物種類、時(shí)間、溫度等。橡膠食品輸送管作為一種特殊的食品接觸材料，可以用于多種液體食品的加工過程，很難確定食品的溫度和與食品的接觸時(shí)間。

分別在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃6個(gè)溫度點(diǎn)的恒溫水浴中保持24h，測定抗氧劑2246遷移量。

水基食品模擬液：蒸餾水(A)、3%(W/V)的乙酸水溶液(B)、10%(V/V)的乙醇溶液(C)，經(jīng)乙酸乙酯萃取，定容后注入到氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀中分析。

油基食品模擬液：橄欖油(D)經(jīng)甲醇萃取液，加丙酮定容后注入到氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀中分析。結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 LT1-001中抗氧劑2246的遷移量

圖6 LC2-016中抗氧劑2246的遷移量

由圖中數(shù)據(jù)可以看出，溫度對抗氧劑2246的遷移影響很大。隨著溫度的升高，遷移加快。常溫條件下抗氧劑2246的遷移量很少，幾乎測不出來，溫度40℃以上遷移量增速加快。

在10%乙醇和橄欖油食品模擬液中抗氧劑2246的遷移量相對較多，在蒸餾水食品模擬物中的遷移量明顯比其他模擬物中少。

5 結(jié)論和展望

利用氣相色譜-質(zhì)譜分析方法對食品接觸橡膠中抗氧劑2246的含量進(jìn)行測定，并對其遷移行為進(jìn)行了研究，方法簡便、快速、可靠，專屬性高，重現(xiàn)性良好，能滿足食品接觸橡膠中抗氧劑2246的快速篩查和遷移量的測定，同時(shí)該方法也可擴(kuò)展為相關(guān)橡膠材料中其他揮發(fā)性有機(jī)成分的檢測。

橡膠中的抗氧劑2246隨著溫度的升高遷移速度加快，遷移量增多，且橡膠類材料更適合用作水性食品的接觸材料。

不同化學(xué)成分在不同產(chǎn)品中的遷移規(guī)律差異很大[14]。在防老劑2246的遷移規(guī)律探索方面，本研究僅做了部分嘗試實(shí)驗(yàn)。在分析橡膠類產(chǎn)品的實(shí)際遷移情況時(shí)，應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的使用方式和環(huán)境條件，進(jìn)一步完善遷移實(shí)驗(yàn)方案，總結(jié)遷移規(guī)律，為橡膠材料的合理應(yīng)用提供科學(xué)方法和數(shù)據(jù)參考，同時(shí)為食品和藥品的安全“保駕護(hù)航”。